滾動(dòng)軸承用聚脲潤(rùn)滑脂的綜合選評(píng)方法

吳寶杰，劉建龍，李興林

(1.中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司 天津分公司，天津 300480；2.杭州軸承試驗(yàn)研究中心 博士后科研工作站，杭州 310022)

滾動(dòng)軸承是機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)零部件,主要起支承和降低摩擦的作用，其質(zhì)量直接影響到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

目前，80%以上的滾動(dòng)軸承采用脂潤(rùn)滑,而潤(rùn)滑脂的選擇方法多有不同。文獻(xiàn)[1-2]提出密封電機(jī)軸承容易發(fā)生漆銹，因此應(yīng)選用抗漆銹性能好的潤(rùn)滑脂。文獻(xiàn)[3-6]認(rèn)為軸承選用潤(rùn)滑脂時(shí)，除了考慮軸承轉(zhuǎn)速、溫度和載荷外，還應(yīng)考慮其抗水、防銹和防腐蝕性能，以便滿足設(shè)備在潮濕或接觸水的條件下使用。文獻(xiàn)[7]通過(guò)軸承故障診斷分析，對(duì)某轎車(chē)交流發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端異常聲(異音)進(jìn)行了檢測(cè)，并指出該交流發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端異響主要是由于水或潮氣進(jìn)入軸承內(nèi)部，導(dǎo)致軸承銹蝕。文獻(xiàn)[8]提出軸承噪聲受軸承材料、設(shè)計(jì)制造、加工精度、部件的表面形貌、裝配方式及潤(rùn)滑脂的影響。文獻(xiàn)[9-10]研究了潤(rùn)滑脂流變性能、動(dòng)態(tài)分油能力對(duì)軸承噪聲性能的影響，并指出在中小型軸承上，潤(rùn)滑脂的流變性能對(duì)振動(dòng)噪聲影響顯著，而對(duì)微小型軸承振動(dòng)性能影響不明顯；潤(rùn)滑脂的初始分油和穩(wěn)定分油能力對(duì)軸承振動(dòng)和噪聲影響較大。潤(rùn)滑脂初始分油量較低時(shí)，軸承接觸區(qū)供油不足，引起軸承啟動(dòng)振動(dòng)值高，一定時(shí)間后隨著溫度的升高，潤(rùn)滑脂分油量增大、流動(dòng)性加強(qiáng)，軸承的振動(dòng)值降低。不同潤(rùn)滑脂對(duì)軸承初始噪聲影響較大，當(dāng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，軸承振動(dòng)值相當(dāng)，潤(rùn)滑脂對(duì)軸承振動(dòng)值影響不明顯。

聚脲潤(rùn)滑脂不含金屬元素，避免了其對(duì)基礎(chǔ)油的催化氧化作用，具有良好的氧化安定性和熱穩(wěn)定性[11]，此外，對(duì)軸承具有較好的降噪性能，因此在國(guó)內(nèi)低噪聲軸承企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。為了綜合評(píng)價(jià)4種國(guó)內(nèi)軸承企業(yè)廣泛使用的聚脲潤(rùn)滑脂的使用性能，下文對(duì)其進(jìn)行了噪聲、抗水抗剪切性能、防銹性能和抗漆銹性能測(cè)試。

1 測(cè)試儀器和測(cè)試方法

1.1 噪聲測(cè)試

1.1.1 測(cè)試條件

試樣選用15套Z4組別的深溝球軸承(10套6201和5套6308)。采用S0910-Ⅲ振動(dòng)測(cè)試儀進(jìn)行試驗(yàn)，芯軸轉(zhuǎn)速(1 500± 30) r/min；軸向載荷49 N；傳感器類(lèi)型為加速度型；試驗(yàn)溫度20 ℃。

1.1.2 測(cè)試方法

用潔凈的120#溶劑汽油將軸承清洗干凈并吹干，向每套軸承中加入適量潤(rùn)滑脂。選取軸承外圈外圓柱面圓周方向均布的3點(diǎn)，每點(diǎn)測(cè)量持續(xù)時(shí)間不小于1 s，測(cè)試完成后將軸承翻面再次測(cè)量。取被測(cè)軸承2面共6點(diǎn)測(cè)量值中的最大值為該軸承的振動(dòng)值,取所有被測(cè)軸承振動(dòng)值的算術(shù)平均值作為測(cè)試結(jié)果。參考JB/T 5314—1991《滾動(dòng)軸承 振動(dòng)(加速度)測(cè)量方法》。

1.2 抗水抗剪切測(cè)試

1.2.1 測(cè)試條件

采用滾筒試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速(165±15) r/min；試驗(yàn)溫度80 ℃;滾動(dòng)體質(zhì)量(5 ± 0.05)kg，直徑 (60 ± 0.25) mm，長(zhǎng)度 (176± 0.25) mm；滾筒直徑(90 ± 0.25) mm,長(zhǎng)度 (180 ± 0.25) mm。

1.2.2 測(cè)試方法

將50 g潤(rùn)滑脂均勻涂在滾筒內(nèi)壁，加入50 mL水，把滾動(dòng)體放入滾筒中，將密封的滾筒裝到試驗(yàn)機(jī)上。開(kāi)啟電源待溫度升至80 ℃，使試驗(yàn)機(jī)以試驗(yàn)轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)24 h后停止。將滾筒中的水倒入量筒中計(jì)量剩余水量，測(cè)試潤(rùn)滑脂1/4錐入度，并與測(cè)試前樣品的1/4錐入度進(jìn)行對(duì)比。參考SH/T 0122—1992《潤(rùn)滑脂滾筒安定性測(cè)定法》。

1.3 軸承防銹測(cè)試

1.3.1 測(cè)試條件

試樣采用4套(每組1套)7604 圓錐滾子軸承；加脂量2 g；試驗(yàn)溫度52 ℃；試驗(yàn)濕度為100%水蒸氣。

1.3.2 測(cè)試方法

1.4 漆銹測(cè)試

1.4.1 測(cè)試條件

試樣采用4套(每組1套)6201軸承；絕緣漆為環(huán)氧型清漆；試驗(yàn)溫度52 ℃；濕度為100%水蒸氣。

1.4.2 測(cè)試方法

用潔凈的120#溶劑汽油將軸承清洗干凈并吹干，加注0.5 g潤(rùn)滑脂，在S0910-Ⅲ軸承測(cè)試振動(dòng)儀上運(yùn)轉(zhuǎn)30 s，在軸承外表面涂上一薄層潤(rùn)滑脂。在1 000 mL燒杯中放入2個(gè)100 mL的燒杯(分別放入50 mL蒸餾水和10 mL環(huán)氧型清漆)。將軸承懸掛在1 000 mL燒杯中，并用保鮮膜將其密封，在52 ℃烘箱中放置15 d后，觀察軸承銹蝕情況。

2 結(jié)果與討論

4種聚脲潤(rùn)滑脂的常規(guī)理化指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 潤(rùn)滑脂的常規(guī)理化指標(biāo)

2.1 噪聲測(cè)試結(jié)果

軸承噪聲測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。由表可知，對(duì)于2種型號(hào)的深溝球軸承，4種潤(rùn)滑脂均能滿足Z4組別的要求(6201軸承振動(dòng)值不超過(guò)30 dB；6308軸承振動(dòng)值不超過(guò)41 dB)。相比較而言，2#潤(rùn)滑脂低噪聲性能最差， 3#和4#潤(rùn)滑脂具有較好的噪聲性能，對(duì)于具有更高噪聲性能要求的軸承，可以選用3#和4#潤(rùn)滑脂。

表2 噪聲測(cè)試結(jié)果

2.2 抗水抗剪切測(cè)試結(jié)果

抗水抗剪切測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 抗水抗剪切測(cè)試結(jié)果

由表可知，1#和2#潤(rùn)滑脂的抗水抗剪切性能較好，測(cè)試后錐入度變化率大且分水率低。說(shuō)明潤(rùn)滑脂稠度明顯降低，在使用過(guò)程中泄漏的可能性增大；大部分水進(jìn)入潤(rùn)滑脂，引起潤(rùn)滑脂乳化，在使用過(guò)程中，乳化潤(rùn)滑脂中的水分進(jìn)入摩擦接觸區(qū)，導(dǎo)致滾動(dòng)體和滾道摩擦磨損，并使軸承溫度升高，軸承提前失效。在軸承停止運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，乳化潤(rùn)滑脂中水的極性較潤(rùn)滑脂稠化劑和基礎(chǔ)油強(qiáng)，吸附到滾道表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，引起軸承銹蝕，影響軸承正常使用。因此，在潮濕或與水接觸的工況下，應(yīng)當(dāng)選用抗水抗剪切性能好的潤(rùn)滑脂。

2.3 軸承防銹測(cè)試結(jié)果

軸承防銹測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4，銹蝕圖片如圖1所示。

圖1 軸承銹蝕照片

由表4和圖1可知，用1#和2#潤(rùn)滑脂測(cè)試后的軸承外圈內(nèi)滾道沒(méi)有點(diǎn)狀或大面積銹跡，而用3#和4#潤(rùn)滑脂測(cè)試后軸承內(nèi)滾道均有銹蝕。因此，在潮濕或與水接觸的工況下，應(yīng)當(dāng)選用防銹性能好的潤(rùn)滑脂。此外，若選用防銹性能差的潤(rùn)滑脂，軸承在儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生銹蝕的可能性也會(huì)增大。

表4 軸承防銹測(cè)試結(jié)果

2.4 軸承漆銹測(cè)試結(jié)果

軸承漆銹測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5，軸承漆銹如圖2所示。

表5 軸承漆銹測(cè)試結(jié)果

圖2 軸承漆銹照片

由表5和圖2可知，用4#潤(rùn)滑脂的軸承銹蝕最嚴(yán)重，而用1#和2#潤(rùn)滑脂的軸承沒(méi)有銹蝕。軸承安裝在涂有絕緣漆的電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)絕緣漆烘烤溫度或時(shí)間不合格時(shí)，絕緣漆溶劑中的腐蝕性物質(zhì)不能完全揮發(fā)，在潮濕的條件下，其與空氣中的水結(jié)合進(jìn)入軸承，吸附于溝道或保持架表面，引起軸承銹蝕，從而引起電動(dòng)機(jī)振動(dòng)增大、溫度升高，直接影響電動(dòng)機(jī)的使用效果，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)[12-14]。因此，電動(dòng)機(jī)軸承應(yīng)當(dāng)選用抗漆銹性能良好的潤(rùn)滑脂。

2.5 小結(jié)

聚脲潤(rùn)滑脂的低噪聲性能與很多因素有關(guān)，如稠化劑結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)油黏度等，稠化劑結(jié)構(gòu)主要通過(guò)影響潤(rùn)滑脂的分油能力和流動(dòng)性能，進(jìn)而影響軸承的振動(dòng)值。聚脲潤(rùn)滑脂的抗水抗剪切性能、防銹性能和抗漆銹性能與稠化劑結(jié)構(gòu)、添加劑和生產(chǎn)工藝有直接關(guān)系。

若稠化劑分子間結(jié)合力弱且交聯(lián)不緊密，形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)油束縛能力差，在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)前期分油多，軸承振動(dòng)值較低，但在受到外力作用時(shí)，稠化劑纖維易解體，導(dǎo)致潤(rùn)滑脂稠度降低，容易引起流失；在與水或一些酸性腐蝕性物質(zhì)接觸時(shí)，稠化劑中剩余的氫易與其結(jié)合，進(jìn)入潤(rùn)滑脂內(nèi)，使?jié)櫥榛蜃冑|(zhì)，影響潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑和防護(hù)性能。反之，稠化劑分子間結(jié)合力強(qiáng)，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)油束縛能力強(qiáng)，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)前期分油少，導(dǎo)致軸承振動(dòng)值升高，受到外力作用時(shí)，稠化劑纖維不易解體，稠度變化小，潤(rùn)滑脂不易流失，也不易吸收水或酸性物質(zhì)引起潤(rùn)滑脂乳化變質(zhì)。

鑒于上述測(cè)試結(jié)果，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際使用工況選用合適的潤(rùn)滑脂，不僅考慮潤(rùn)滑脂的噪聲性能，還需要關(guān)注潤(rùn)滑脂的其他性能。

3 結(jié)論

1)不同聚脲潤(rùn)滑脂的噪聲性能、抗水抗剪切性能、軸承防銹性能和軸承抗漆銹性能差別很大。

2)軸承噪聲性能好的聚脲潤(rùn)滑脂，抗水抗剪切性能、軸承防銹性能和軸承抗漆銹性能差。